\section{化学肥料}\label{sec:5-7}

在酸、碱、盐各类化合物，特别是盐类中，有好多种含有农作物所需的营养元素，因而在农业上被广泛用作化学肥料。
化学肥料简称化肥，是用矿物、空气、水等作原料，经过化学加工制成的。

农作物的生长需要碳、氢、氧、氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁等等元素。土壤里常缺乏的是氮、磷、钾三种元素。
因此，要施用含氮、磷、钾元素的肥料。化学肥料的种类很多，主要是氮肥、磷肥和钾肥。


\subsection{氮肥}

氮是作物体内蛋白质、核酸和叶绿素的重要成分，氮肥能促使作物的茎、叶生长茂盛，叶色浓绿。
下面介绍目前农村常用的几种氮肥。

\subsubsection{氨水}

氨水是氨（\ce{NH3}）的水溶液，氨分子在水中主要以水合物（\ce{NH3 . H2O}）形式存在，
部分电离生成 \ce{NH4+}（铵根离子）和 \ce{OH-}， 所以，氨水显碱性。
\begin{fangchengshi}
    \ce{ NH3 + H2O = NH3 . H2O = NH4+ + OH- }
\end{fangchengshi}

纯净氨水是无色液体，工业制品因含杂质而呈浅黄色。
氨水的浓度一般为 $20\%$ 左右，折合成含氮最大约为 15—17\%。

氨水易分解、挥发，放出氨气。氨气是一种有刺激性气味的气体。氨水在浓度大、温度高时，分解、挥发更快。
因此，在运输、贮存、施用这三个环节上，都要注意防止氨气的挥发，以减少肥分的损失。
为了减少氨的挥发，可把氨水密封在容器里，放在阴凉的地方，也可在氨水的表面覆盖一层矿物油。
氨水对多种金属有腐蚀作用，因此运输和贮存氨水时，一般要用橡皮袋、陶瓷坛或内涂沥青的铁桶等耐腐蚀的容器。

氨水是一种速效肥料，施入土壤后，作物能很快吸收，不会残留有害物质，不会影响土壤的结构和性质。
因为浓氨水易挥发并能“烧伤”作物和人的皮肤，刺激人的眼、鼻和喉粘膜，施用时必须稀释，
深施到土层中，再用土盖上，或结合灌溉使氨水随水流入田地里。


\subsubsection{用作氮肥的铵盐\footnotemark}
\footnotetext{含有铵根离子（\ce{NH4+}）的盐叫做铵盐。铵根离子的性质跟金属离子相似，通常把它归入金属离子之内。}

氨水是液体，运输不便，又容易挥发而降低肥效。生产上常利用酸跟氨起反应，制成固体铵盐，用作肥料。例如：
\begin{fangchengshi}
    \begin{aligned}
        \ce{ NH3 + H2O + CO2 } &= \ce{ NH4HCO3 } \\[-.5em]
        \ce{ NH3 + HNO3 }      &= \ce{ NH4NO3 } \\[-.5em]
        \ce{ 2NH3 + H2SO4 }    &= \ce{ (NH4)2SO4 } \\[-.5em]
        \ce{ NH3 + HCl }       &= \ce{ NH4Cl }
    \end{aligned}
\end{fangchengshi}

这四种铵盐都是白色晶体，易溶于水。含氮量各不相同，
碳酸氢铵（简称碳铵）约为 $17\%$，
硝酸铵（简称硝铵）约为 $35\%$，
硫酸铵（简称硫铵）约为 $21\%$，
氯化铵约为 $25\%$。

碳铵性质很不稳定，受潮时在常温下就能分解，温度越高，分解越快。
\begin{fangchengshi}
    \ce{ NH4HCO3 $\xlongequal{\Delta}$ NH3 ^ + CO2 ^ + H2O }
\end{fangchengshi}

为了避免碳铵分解，贮存和运输时都要密封，不要受潮或曝晒，也不要存放过久。
施肥后要立即盖土，或立即灌溉，以确保肥效。

碳铵施入土壤后，它的养料成分能全部被作物吸收利用，在土壤里不残留有害物质。

硝铵含氮量高，肥效大，施入土壤后，铵根离子和硝酸根离子都能被作物吸收，对土壤没有不良影响。

硝铵受热易分解。在高温或受到猛烈撞击时，迅速分解，放出大量气体而发生爆炸。
在混有可燃物如木屑、煤粉、棉花、油料等时，爆炸更为剧烈。
因此，必须注意，硝铵不能和易燃物质存放在一起。

硝铵受潮易结块，粉碎时不要用铁锤砸，最好用木棍碾碎，以免发生爆炸事故。

硫铵和氯化铵的吸湿性比较小，常温也很稳定。

如果长期施用硫铵，会使土壤酸性增加，板结硬化。

\begin{shiyan}
    在四块玻璃片上，分别放少量碳酸氢铵、硝酸铵、硫酸铵、氯化铵，各加入一些熟石灰，用玻璃棒拌和，能闻到什么气味。
\end{shiyan}

铵盐跟碱起反应，能放出刺鼻的氨气。

以氯化铵为例，反应的化学方程式如下：
\begin{fangchengshi}
    \ce{ 2NH4Cl + Ca(OH)2 = CaCl2 + 2H2O + 2NH3 ^ }
\end{fangchengshi}

因此，凡是含有 \ce{NH4+} 的氮肥，在贮存和施用时，都不要跟石灰、草木灰等碱性物质混和，否则，会降低肥效。


\subsubsection{尿素}

工业上用氨和二氧化碳在 200 标准大气压和 180 ℃ 下合成尿素〔\ce{CO(NH2)2}〕。
\begin{fangchengshi}
    \ce{ 2NH3 + CO2 $\xlongequal[\Delta]{\text{高压}}$ CO(NH2)2 + H2O }
\end{fangchengshi}

尿素是白色或淡黄色的粒状晶体，略有吸湿性，易溶于水，含氮量约为 $46\%$，是含氮量很高的一种氮肥。
尿素施入土壤后，受微生物的作用，跟水缓慢起反应生成碳酸铵，碳酸铵容易被作物吸收。
\begin{fangchengshi}
    \ce{ CO(NH2)2 + 2H2O = (NH4)2CO3 }
\end{fangchengshi}

因此，尿素的肥效较铵盐氮肥缓慢一些，但比较持久。尿素的肥效高，对土壤没有不良影响，是一种优良的氮肥。



\subsection{磷肥}

磷肥能促进作物根系发达，增强抗寒抗旱能力，还能促进作物提早成熟，穗粒增多，子粒饱满。

常用的化学磷肥的成分都是磷酸盐，制造磷肥的主要原料是磷矿石。
磷矿石的主要成分是磷酸钙〔\ce{Ca3(PO4)2}〕，它是难溶于水的矿物。
化学工业上制造磷肥的目的，就是加工磷矿石，使它转化为较易溶解于水（或弱酸）的磷酸盐，使植物易于吸收。

最简单的加工方法是把磷矿石磨碎成磷矿粉，直接施用。
由于土壤里含有的多种酸的作用，磷矿粉逐渐溶解而能被作物吸收，但非常缓慢。

把磷矿石和焦炭以及含钙、镁、硅的其他矿石一起在高炉中煅烧、熔融，可制得钙镁磷肥。
钙镁磷肥虽仍难溶于水，但较磷矿粉易溶于弱酸性溶液中，肥效有所提高。

把磷矿粉跟硫酸起反应，可制得过磷酸钙（简称普钙），它是一种常用的磷肥。
\begin{fangchengshi}
    \ce{ Ca3(PO4)2 + 2H2SO4 = $\underbrace{\ce{ Ca(H2PO4)2 + 2CaSO4 }}_{\text{过磷酸钙}}$ }
\end{fangchengshi}

过磷酸钙是磷酸二氢钙和硫酸钙的混和物，磷酸二氢钙能溶于水，肥效比磷矿粉或钙镁磷肥有较大提高。

如果用磷酸代替硫酸跟磷矿粉起反应可以制得重过磷酸钙（简称重钙）。
\begin{fangchengshi}
    \ce{ Ca3(PO4)2 + 4H3PO4 = 3Ca(H2PO4)2 }
\end{fangchengshi}

跟普钙不同，重过磷酸钙的成分是磷酸二氢钙，不含硫酸钙，所以肥效比普钙高。

磷酸二氢钙是可溶性酸式盐，它跟石灰性土壤里的碱起反应生成难溶性的磷酸钙，
又能跟酸性土壤里的铁离子、铝离子起反应生成难溶性的磷酸铁和磷酸铝，降低了肥效。
普钙和重钙最好跟农家肥料混和后施用，既减少磷肥跟土壤的直接接触，
又可因农家肥料里的酸性物质减弱磷肥变为不溶性磷酸盐的倾向。



\subsection{钾肥}

钾肥能促使作物生长健壮，茎秆粗硬，增强对病虫害和倒伏的抵抗能力，并能促进糖分和淀粉的生成。

目前农村多用草木灰作为钾肥。草木灰的主要成分是碳酸钾（\ce{K2CO3}）和少量钙、镁、磷的化合物。
由于碳酸钾易溶于水，所以，堆放草木灰时要防止雨淋，以免肥分流失。
草木灰有碱性，不要跟铵态氮肥（成分是铵盐）混用，以免氨气挥发，降低肥效。

常用的钾肥还有硫酸钾（\ce{K2SO4}）和氯化钾（\ce{KCl}）。
这两种钾肥都是白色的晶体（含有杂质时呈淡黄色），都容易溶解于水，含钾量都很高。

跟 \ce{(NH4)2SO4} 相似，多施 \ce{K2SO4} 也会使土壤酸度增加，并使土壤板结。

植物生长不仅需要大的氮、磷、钾等营养元素，还需要微量的其他元素，例如，硼、锌、铜、锰、钼等。
含有这些元素的肥料，叫做微量元素肥料。植物缺乏这些微量元素，就会影响生长发育，减弱抗病能力。

上面简单地介绍了一些常见的化肥的品种。为了促进农业的增产丰收，必须发展化肥工业。
除了增产一般品种外，还要注意发展高效的化肥（有效肥分高的，如尿素）和
复合肥料（含有两种或两种以上营养元素的化肥，如磷酸铵、硝酸钾），等等。

除化学肥料外，我国农村还大量使用农家肥料（如厩肥、绿肥等）。
跟农家肥料相比，化学肥料具有营养元素含量大，一般易溶于水，易于被作物吸收，
肥效较快，便于工业生产等优点，但它们一般只含一种营养元素；
而农家肥料常含多种营养元素，肥效较长，便于就地取材，成本低廉，又能改良土壤结构，
提高土壤肥力，但它们的营养元素含量较小，肥效一般较慢。
因此，这两种肥料要结合施用。


\begin{xiti}

\xiaoti{现有含氨 $15\%$ 的氨水 20 千克，要用水稀释到含氨 $0.3\%$ 施用，需加水多少千克？}

\xiaoti{生产 200 吨硝酸铵，需要多少吨氨和多少吨浓度为 $70\%$ 的硝酸？}

\xiaoti{有一不纯的硫铵样品，经分析知道它含有 $20\%$ 的氮，求样品里含 \ce{(NH4)2SO4} 的百分率。}

\xiaoti{在贮存、运输和施用氨水、碳酸氢铵、过磷酸钙、草木灰等肥料时，应该怎样防止肥分的损失？}

\xiaoti{现有四小包粉状化肥，已知它们是 \ce{K2SO4}、\ce{NH4Cl}、\ce{K2CO3} 和 \ce{Ca3(PO4)2}，用什么方法来鉴别它们？}

\end{xiti}

